ГИС в управлении качеством окружающей среды

Существует большое количество как российских, так и зару­бежных ГИС. В силу ряда особенностей (в частности, их достаточ­ной известности и активной маркетинговой политики фирм-рас­пространителей) в учебных заведениях нашей страны наиболее распространены следующие ГИС:

ArcView GIS, PC ARC/INFO и DAK (Data Automation Kit) ком­пании ESRI. Распространением в России и других странах СНГ геоинформационных технологий ESRI занимается компания ДАТА+ [118].

ArcView GIS выполнен в виде стандартного приложения Windows (работает также на платформах UNIX и, в ряде версий, Macintosh). Он легок в освоении и может использоваться в различных сферах деятельности для визуализации, запроса и анализа любой про­странственной информации. ArcView GIS объединяет векторные, растровые, табличные данные в единую аналитическую систему. PC ARC/ INFO предоставляет полный набор средств и функций для управления, анализа, отображения и картирования географи­ческой информации на персональном компьютере. Zb4# представ­ляет специализированную программу для ввода новой и обновле­ния имеющейся цифровой информации [120];

Maplnfo компании Maplnfo Corporation. Распространением этой полнофункциональной ГИС в России занимается компания ЭСТИ МАП [123];

GeoDraw/ГеоГраф — этот векторный редактор разработан в Центре геоинформационных исследования Института географии

РАН [112].

Подробную информацию об этих программах вы можете найти на Интернет-сайтах соответствующих компаний, занимающихся распространением ГИС-программ. О программах обработки дан­ных дистанционного зондирования Земли см. раздел 4.8.

Далее мы приведем некоторые примеры использования разных ГИС в управлении качеством окружающей среды как в нашей стра­не, так и за рубежом.

Географическая информационная система «Радиационная безопас­ность» (ГИС РБ) [95], разработанная в лаборатории геоинформа­тики Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ) РАН, ориентирована на конт­роль, анализ и моделирование ситуаций радиационной опасности в различных регионах страны.

ГИС РБ позволяет хранить в цифровом виде и отображать сведе­ния о состоянии радиационной обстановки на территории России, прилегающих зарубежных стран, а также отдельных регионов, областей и районов, представляющих особый интерес с точки зрения контроля радиоэкологической безопасности.

Центральное звено ГИС РБ — картографическая база данных, включающая набор разномасштабных цифровых топографических карт с вынесенными на них потенциально опасными объектами. Данные об объектах по конкретной территории разнесены по от­дельным слоям. В частности созданы следующие цифровые топо­графические карты:

- цифровая топографическая карта России и сопредельных стран (масштаб 1:5 000 000) с указанием основных объектов, представ­ляющих потенциальную радиационную опасность;

- цифровая карта Баренцева и Карского морей (масштаб 1:500 000)
как иллюстрация уровней и основных направлений переноса ра­дионуклидов;

- цифровая карта радиоактивного загрязнения Cs-137 европейской части и Уральского региона России, Украины, Белорус­
сии, Молдавии, стран Прибалтики и Западной Грузии (масштаб
1:5 000000);

- цифровые карты Восточно-Уральского радиоактивного следа
(масштаб 1:1 000 000 и 1:200 000).

Справочно-информационная система «Атлас окружающей среды Белого моря» [95] создана на базе ГИС-технологий для получения комплексной пространственно-привязанной экологической информа­ции о Белом море на основе среднемноголетних наблюдений и ре­зультатов экологического мониторинга. Атлас состоит из шести основных разделов: «Регион», «Белое море», «Условия среды», «Биология моря», «Антропогенное воздействие» и «Экология».

С помощью ГИС (в частности, используя программу ERDAS IMAGINE) можно определить районы, в которых существует вы­сокий риск наводнений, с целью предупреждения или уменьше­ния возможных разрушений и принятия защитных мер.

В Свердловской области создана ГИС контроля техногенного воздействия на окружающую среду на основе данных о ежегодных выбросах загрязняющих веществ в атмосферу и водные объекты, о расположении и наполненности хранилищ отходов, состоянии лесов и активности источников загрязнения.

На Кольском полуострове создана система оценки радиацион­ного риска Кольского полуострова с помощью ГИС. На основе техно­логии ГИС создан информационный модуль для систематизации и структуризации информации по радиационно-опасным отходам региона; анализа радиационных проблем в регионе; подготовки исходных данных для математического моделирования атмосферно­го переноса радионуклидов. Области применения ГИС включают региональные системы радиационного мониторинга и автомати­зированные системы (локальные, региональные) поддержки при­нятия решений в случае возникновения аварии на ядерных объек­тах. Информационная поддержка оказывается природоохранным предприятиям и организациям региона; научно-исследовательским проектам и проектно-изыскательским работам; органам государ­ственного надзора и ведомствам по чрезвычайным ситуациям. При­менение ГИС поможет успешно приступить к решению задач ин­вентаризации, учета и контроля за состоянием радиационно-опас­ных объектов и самой территории региона, а также математиче­ского моделирования связанных с ними ситуаций.

В Москве с использованием ГИС-технологий (ARC/INFO, ArcView GIS и ArcExplorer) на основе нормативно-правовых, ме­тодических, аналитических и картографических материалов разработана единая информационная система природного комплекса центральной части города. Система предназначена для инвентари­зации зеленых насаждений, паспортизации озелененных террито­рий и поддержки принятия решений по регулированию хозяй­ственного использования и строительства в центральной части Москвы, которое призвано обеспечить сохранение, восстановле­ние и развитие природных компонентов городской среды.

НГДУ «Быстринскнефть», СургутНИПИнефть и Сургутский государственный университет совместно создали цифровую геоде­зическую карту на район деятельности НГДУ «Быстринскнефть», где выделили следующие информационные слои: площадные про­изводственные объекты, линейные объекты (трубопроводы, ли­нии электропередачи, автомобильные дороги), точечные объекты (узлы переключений трубопроводов, скважины), объекты гидро­графии. Набор информационных слоев постоянно пополняется с учетом текущих потребностей разных структурных подразделений предприятия. Одновременно с созданием электронных карт ве­лись работы по наполнению баз данных технологического и эко­номического характера.

В рамках многолетней Федеральной целевой программы «Ми­ровой океан» создается единая система информации ЕСИМО. Си­стема ЕСИМО базируется на современных информационных техно­логиях (СУБД, ГИС, телекоммуникации и др.) и использовании распределенных баз данных. Информацию (такую, как маршруты научно-исследовательских судов, размещение гидролого-гидрохи­мических станций, буев и измерительных комплексов, простран­ственное распределение гидрофизических параметров на поверх­ности и в глубинах морей и океанов и т.п.) удобно представлять в виде карт, что предопределило широкое использование в систе­ме ГИС-технологий. С их помощью в системе создаются карты раз­ливов рек и водоемов, зон затопления территорий, обзорные карты ледовой обстановки по морям, карты гидрометеорологических условий, схем течений, характеристик приливных и суммарных течений на поверхности и в глубинах, концентрации гидрохими­ческих, биогенных и микробиологических соединений, содержа­ния загрязняющих веществ в воде и др.

В рамках Международной программы по развитию ГИС для со­хранения окружающей среды в России и странах СНГ (Экологи­ческий Центр — Мисула, штат Монтана, США) Экоцентром «Ар­гали» на Алтае были созданы базы ГИС данных для территорий, которые важны для сохранения амурского тигра в Приморье и Хаба­ровском крае; для защиты лесов Камчатки; для работ в Алтайском и Катунском заповедниках.

В 1990—1993 гг. лабораторией экологии и охраны природы био­логического факультета МГУ им. М. В.Ломоносова, МИФИ и Оре­гонским университетом (США) на примере ситуации в Новозыбковском районе Брянской области был создан образовательный ком­плекс «Чернобыль: обучение принятию региональных решений» [29]. Образовательная система включает в себя:

- обучающую оболочку, содержащую основные сведения о про­цессах и фактах радиобиологии, радиоэкологии и учебные задачи;

- ГИС «Новозыбков» на основе macGIS (базирующейся на компьютерах «Macintosh»), включающая картографическую базу дан­ных по полигону «Новозыбков» и технологию обработки картографи­ческой информации;

- прикладную математическую модель, описывающую процессы миграции долгоживущих радионуклидов в сельскохозяйственных экосистемах, поступление их в организм человека с пищей,
а также дающую прогноз внутреннего облучения как для отдельных индивидуумов, так и для населения региона.

Особенности системы:

- основана на реальных данных;

- моделирует управленческую ситуацию, не имеющую преце­дента в мировой практике;

- ориентирована на снижение индивидуального и коллективно­
го риска применительно к конкретным условиям территории и типов
хозяйства, возраста, пола и образа жизни человека или группы;

- дает возможности выбора решений не менее чем из 3 628 800
вариантов планирования севооборотов, границ полей, типов сельскохозяйственных культур, агротехники; характера животноводства,
образа жизни, рационов питания и кулинарной обработки и др.;

- основана на использовании принципов интерактивного обу­чения, т. е. происходящего в процессе общения лиц, принимаю­щих решение, и способна сжимать время учебной имитации по
отношению к реальному времени в миллионы раз (до 2-Ю⁶);

- позволяет разрабатывать решения и узнавать их последствия
применительно к региональному (100—400 км²), хозяйственному
(2—100 км²) и индивидуальному (0,2 — 2 км²) рискам;

- моделирует динамику изменения и миграции радионуклидов
с шагом в один год на перспективу до 20 лет;

- позволяет обучать индивидуально или группы людей разного
возраста и профессий с учетом степени их подготовки, служебных и житейских интересов;

- построена в культурном контексте, максимально полно воспроизводящем социально-психологические аспекты принятия решений;

- позволяет давать консультации по принятию решений;

- содержит информационно-справочный блок;

- позволяет приобрести личный опыт принятия решений в процессе учебной имитационной деятельности.

Конечный результат расчетов — дозы облучения; основа для принятия решений — критерий минимизации дозы до регламентируемых уровней, гарантирующих минимальный риск стохасти­ческих эффектов облучения.

На территории Киева проводились биогеохимические исследо­вания уровней содержания тяжелых металлов в листьях наиболее распространенных здесь деревьев — каштана конского, тополя пи­рамидального, березы, липы, клена и др. Карты-схемы распреде­ления концентраций свинца (рис. 4.5) и цинка в золе листвы кашта­на, построенные по данным исследований с использованием ГИС, показывают, что аномалии содержания этих элементов простран­ственно совпадают с выделенными по результатам литохимиче-ского апробирования участками максимального загрязнения грунтов, т.е. с местами наибольшей концентрации промышленных объектов, промзонами [49].

Анализ сельскохозяйственных и геохимических свойств почв с использованием ГИС-технологий (который был проведен на Украине) позволяет создать информационно-аналитическую систему для оценки геохимического состояния геологической среды, обеспе­чивающую решение ряда важных задач: определение и картогра­фическое отображение пространственного распределения элемен­тов между сельскохозяйственными угодьями и территориями, не охваченными сельскохозяйственным производством; прослежива­ние и картографическое отображение пространственно-времен­ных изменений геохимических параметров агроландшафтов на про­тяжении последних 20—30 лет; определение и картографическое отображение распределения химических элементов по сельхоз­угодьям от уровня отдельных хозяйств до уровня района, области и страны в целом.

Экспериментальный центр по изучению лесов с помощью ГИС создал карты лесных угодий Нойемберян и Козман в северной части Республики Армения. Применение этих информационных техно­логий позволило получить детальное представление обо всех ас­пектах лесных экосистем, которые необходимо учитывать в про­цессе принятия решений лицами, отвечающими за управление этими территориями.

В Индонезии ГИС-технологии применяются для определения областей картографирования известных и вероятных мест обита­ния последних диких тигров острова Суматра и определения мер по их охране.

В Бельгии (провинция Брабант) на основе реляционной базы данных и географической базы данных создана ГИС для помощи администраторам окружающей среды и исследователям в более эффективной защите природных заповедников и идентификации других экологически интересных областей, которые правитель­ство должно покупать и сохранять.

Международный аэропорт Лос-Анджелеса (Калифорния, США) использует ГИС-приложение для отображения уровней шумового загрязнения. ГИС-карты составляют основу документов, требую­щихся для федерального финансирования работ по защите от шумов 25 000 людей, проживающих вблизи этого аэропорта, где уровень шума превышает стандарты. Кроме того, ГИС используется при планировании расширения аэропорта, а именно для анализа возможного воздействия шума на населенные пункты при раз­личных вариантах размещения взлетно-посадочных полос.

Городской совет Лусаки (Замбия) на основе ГИС разрабатывает комплексный генеральный план по управлению твердыми отхода­ми. Создана базовая карта города и определены возможные опти­мальные места хранения отходов. Исходными слоями информации были дороги, области застройки, скважины, железнодорожные пути, сельскохозяйственные земли, водотоки, дороги и карьеры.

Старейшая в США группа охраны городской природы American Forests разработала ГИС CITYgreen (приложение к Arc View GIS), чтобы помочь руководителям районов в восстановлении естественной при­родной среды в городах. Она позволяет измерять, анализировать и отображать состояние городских экосистем, оценивать в денежном эквиваленте их вклад в изменение общего состояния окружающей среды. CITYgreen использует экологические модели, проводит тех­нический анализ и выдает приближенные к реальности графиче­ские материалы для дискуссий по общественному управлению.

ГИС в регионе Гиндукуш — Гималаи применяется, в частности, для исследования различных систем ведения сельского хозяйства в разных агроэкологических зонах и для интеграции многих тех­нических методов, потенциально применимых к этим системам.

Университет в Эдинбурге [125] (Великобритания), много рабо­тающий с ГИС, предлагает ГИС-ресурсы различных организаций. В числе представляемых проектов использование ГИС-инструмен-тария для поддержки решений по рациональному сельскохозяй­ственному использованию земель; исследование тропических ле­сов в бассейне Амазонки; мониторинг ледового покрова Гренлан­дии в связи с глобальными изменениями климата; построение пространственно-временных моделей динамики ледового покрова.